PCI9054总线接口芯片应用.doc

PCI9054总线接口芯片应用一、引言PCI（Peripheral Component Interconnect）总线，即外围部件互连总线，是一种先进的高性能3264位地址数据复用局部总线。可同时支持多组外围设备，并且不受制于处理器，为中央处理器与高速外围设备提供一座沟通的桥梁，PCI总线与处理器和时钟频率无关，可以提供高达132MBs的数据传送速率，是当今PC领域中最流行的总线。PCI总线具有严格的总线规范，这就保证了它具有良好的兼容性，符合PCI总线规范的扩展卡可以插入任何PCI系统可靠地工作。但由于PCI总线协议的复杂性，其接口的实现比VESA、ISA和MCA等总线要困难得多。目前，实现PCI接口设备大多采用专用器件，一般有两种方法：一种方法是采用可编程逻辑芯片，它的最大好处是比较灵活，用户可以根据自己的需要开发出适合于特定功能的芯片，而不必实现PCI的全部功能。可以利用的器件也比较多，现在有许多生产可编程逻辑器件的厂商，如Xilinx的LogiCore和Altera的AMPP都提供经过严格测试的PCI接口功能模块，用户只要进行组合设计即可。但这种方法难度较大，设计周期较长。另一种常用的方法是使用专用总线接口器件，通过专用芯片可以实现完整的PCI主控模块和目标模块的功能，将复杂的PCI总线接口转换为相对简单的用户接口，用户只要设计转换后的总线接口即可。采用专用接口器件虽然不够灵活，但由于其对PCI协议良好的支持及其接口的友善性，再加上具有较低的成本和通用性，能够有效降低接口设计的难度，大大地缩短开发时间。现有的PCI接口芯片主要有AMCC公司的AMCCS59xx系列和PLX公司的PCI90xx系列。在PLX系列产品中，PCI 9054是一款常用的PCI总线接口芯片， 本文将对PCI9054总线接口芯片的功能、结构、特点及其在PCI板卡设计中的应用进行介绍。二、PCI9054简介PCI 9054是美国PLX公司继PCI 9052之后推出的又一低成本PCI总线接口芯片，低功耗，PQFP 172pins封装，它采用了先进的PLX数据管道结构技术，可以使局部总线快速转换到PCI总线上。PCI 9054 是一32位/33MHz的通用PCI总线控制器专用芯片，支持主模式、从模式、DMA传输方式，因其强大的功能可应用于适配卡和嵌入式系统中。PCI 9054的主要特性如下：* 符合PCI V2.1，V2.2 规范，包含PCI电源管理特性。* 支持VPD(Vital Product Data)的PCI扩展。* 支持PCI双地址周期，地址空间高达4GB。* 具备I2O准备报文单元，完全兼容I2O V1.5 规范。* 提供了两个独立的可编程DMA控制器，每个通道均支持块和Scatter/Gather的DMA方式，DMA通道0支持请求DMA方式。* 在PCI启动模式，PCI 9054可插入类型1和类型2的配置周期。* 在PCI和Local Bus的数据传送速率高达132MB/S。* 支持本地总线(Local Bus)直接接口Motorola MPC850或MPC860系列，Intel i960系列，IBM PPC401系列及其它类似总线协议设备。* 本地总线速率高达50MHz；支持复用/非复用的32位地址/数据；本地总线可为三种模式：M模式、C模式和J模式，可利用模式选择引脚加以选择。* 具有可选的串行EEPROM接口。* 本地总线时钟由外部提供，该时钟可和PCI时钟异步。* 具有8个32位 Mailbox 寄存器和2个32位Doorbell寄存器。PCI9054的内部结构组成PCI 9054内部有6种可编程的FIFO，以实现零等待突发传输及本地总线和PCI总线之间的异步操作。PCI9054的内部结构如图所示。三、PCI 9054功能简介* PCI9054的EEPROMPCI9054提供了一个串行EEPROM配置接口，容量2K字节。在配置存储器中存放了厂家标示、设备标示以及本地总线的基地址空间、I/O空间、中断控制信号等信息。当初始化时，系统自动将串行EEPROM中的配置参数装入PCI配置寄存器，并根据本地总线对内存、I/O端口和中断的需求统一划分，自动配置。* PCI9054的总线操作 PCI9054的总线操作包括PCI总线操作和本地总线操作。对于PCI总线操作，它完全遵守2.2版本PCI规范。下面主要讨论一下本地总线操作。PCI9054本地总线支持非多路复用32位地址/数据总线，多路复用32位和8位，16位或32位本地总线设备从属访问，运行速率高达50MHz，可以获得200MB/S的本地总线突发传输速率。PCI9054有3种工作方式，分别为C、M和J模式。M模式主要是针对Motorola公司高性能MPC850/860的应用而设计的，主要应用在电信领域，J模式的接口设计相对比较麻烦，比较常用的是C模式。C模式下PCI9054分为PCI Initiator操作和PCI Target操作。在PIC Initiator操作过程中，本地处理器或本地总线主控设备能够直接通过PCI9054访问PCI总线，发起Local-to-PCI的数据传输。而在PCI Target操作过程中，PCI总线主控设备可以以可编程的等待状态、总线宽度和突发传输功能访问PCI9054的三个本地空间(空间0，空间1和扩充ROM空间)。* PCI9054的DMA突发模式 PCI9054集成了两个互相独立的DMA通道，每个通道都支持Block DMA和Scatter/Gather DMA，通道0还支持Demand DMA传输方式。Block DMA要求PCI主机或Local主机提供PCI和Local的起始地址、传输字节数、传输方向。主机设定DMA开始位启动数据传输，一旦传输完成，PCI9054设定DMA传输结束位结束DMA，如果中断允许位被使能，在传输结束时PCI9054将向主机申请中断。在DMA传输中，PCI9054既是PCI总线的主控器又是Local总线的主控器。Scatter/Gather DMA要求主机在PCI空间或Local空间设定Descriptor模块，模块包括PCI和Local的起始地址、传输字节数、传输方向和下一个Descriptor模块的地址。PCI9054载入第一个Descriptor模块并发起传输，连续加载下一个模块，直到它侦测到链结束位有效，PCI 9054设置传输结束位，或者申请PCI或Local中断。这种模式下，PCI9054也可以在每个模块加载时有效中断信号结束DMA传输。若Descriptor模块在本地存储空间，可以编程使DMA控制器在每次DMA传输结束后清除传输字节数。四、PCI 9054的设计与应用 PCI9054作为一种通用的PCI接口芯片，以其显著的功能和特性，得到了广泛的应用，下面就其在高速数据加密系统中的应用进行简单介绍。作为网络安全问题一种较好的解决方案，数据加密卡通常需要具备下列功能： 使用密码算法对数据进行加密解密； 存放密钥、证书及其他必需的数据，主密钥和重要的密钥应受到保护，而且这种保护应该比通常的软件能达到的强度更高； 与主机、外围设备和系统软件有良好接口，方便用户开发相应的高层软件。 上述要求决定了加密卡的设计目标以及基本结构。加密卡主要由主、计算机总线接口、板上、随机数生成模块和外部设备接口等组成。本文所介绍的加密卡以V33为其主，采用接口芯片实现高速加密卡的设计方案。本加密卡所实现的主要功能有： 数据加密解密功能：这是加密卡所具有的最基本的功能。内置的密码算法采用硬件实现方案：对称算法采用专用的加密芯片，加密速度达每秒640Mbps；RSA算法采用DSP处理器TMS320VC33加专用大数运算部件SSX04的实现方案。上述两个算法模块直接与CPU的总线连接，实现快速数据交换。数字签名与认证功能：数字签名在当前的商业和金融业中已经有了广泛的应用，为满足多方面的要求，在卡中实现了签名和认证功能，主要利用算法模块来实现。 密钥管理功能：为维护加密卡的正常运行，密钥的产生、保存、分配与管理功能是必不可少的。由于私钥等重要密钥在卡中保存，这一功能由加密卡的配套软件与加密卡本身协同实现。卡上内置的软件设计为可自动生成的一对密钥，外界软件和系统只能得到其中的公钥，而无法得到私钥的任何信息，保证密钥的安全。 上述功能的实现依赖于加密卡各模块间的协调工作，其中接口芯片、串行与可编程逻辑芯片构成与主机的接口模块，使主机与之间可以透明的交换指令和数据。另外，接口模块提供了配置功能，支持/LINUX平台的即插即用，最大程度的方便用户的安装与使用。 加密卡的另一关键问题是驱动程序的开发。设备驱动程序提供连接到PCI板卡的软件接口，其关键是如何完成硬件操作，基本功能是完成设备的初始化、对端口的读写操作、中断的设置和响应及中断的调用、以及对内存的直接读写。 本系统由于主要应用于LINUX平台，所以在LINUX系统下编写了设备驱动程序，针对PLX9054的接口芯片特别编写了相关API函数，这些函数能够方便地实现中断处理、DMA传输、I/O操作、内存映射以及即插即用等功能。五、结论 PCI 9054 以其强大的功能和简单的用户接口，为PCI总线接口的开发提供了一种简洁的方法，降低了开发难度，缩短了开发周期，并且使成本有了大幅度的降低。设计者只需设计出本地总线接口控制电路，即可实现与PCI总线的高速数据传输。本文描述了一种低成本、高性能的数据加解密硬